JP3611785B2 - 歯車２段ショットピーニング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、歯車２段ショットピーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歯車に対しその使用時に応力集中を受ける領域の疲労強度を高めるため
の手段として例えば、歯車をショットピーニング装置に回転可能にセットするとともに、歯車を回転しつつそのショットピーニング対象領域にショット材を投射するショットピーニング法を施し残留応力を付与する方法が知られている。
【０００３】
ここで、前記疲労強度をさらに高めるための手段として、高硬度で平均粒径が大小異なるショット材を２段階に投射する、いわゆる２段ショットピーニング方法を用いた場合、〔例えば、歯車のショットピーニング対象領域に高硬度（Ｈｖ７００以上）で所定の平均粒子径の第１ショット材を投射する第１ショットピーニング工程を施した後、引続き、高硬度（Ｈｖ７００以上）で第１ショットピーニング工程の第１ショット材よりも平均粒径が小さい第２ショット材を投射する第２ショットピーニング工程を施す場合〕、高圧縮残留応力を付与できるものの、歯車９（援用して示す実施例の図５参照）の歯端面（歯形部の軸方向の両端面）９０、９１と歯面９２０との境界角領域（角部分）ａが欠損する可能性がある。
【０００４】
そこで、前記第１ショットピーニング工程後、歯車に１００°Ｃ〜２００°Ｃの焼き戻し処理を施して耐衝撃性を高めた状態としてから、第２ショットピーニング工程を施すことで前記境界角領域ａが欠損することを回避することができ、かつ前記歯車のショットピーニング対象領域のみに高圧縮残留応力を付与できるようにした２段ショットピーニング方法が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の２段ショットピーニング方法によると、第１ショットピーニング工程後、焼き戻し処理を必要とするため、連続して第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程を施すことができない。
【０００６】
このため、第１ショットピーニング工程後の歯車をショットピーニング装置から取り出す作業、焼き戻し処理（焼き戻し炉での加熱及び冷却）作業及び、この後、歯車をショットピーニング装置に再度セットする必要があることなど、余分な工数を必要とし、また処理コスト面で不利となり改良の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを連続して歯車のショットピーニング対象領域（少なくとも歯面）に施して高圧縮残留応力を付与することができ、かつこの場合、歯車の歯端面と歯面との境界角領域（角部分）を欠損させずにすみ、前記両工程の間で歯車に焼き戻し処理を施すことなく、処理コスト面で有利な２段ショットピーニング方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の歯車２段ショットピーニング方法は、回転可能なワーク保持部により軸方向の両端側から挟持された歯車を回転しつつ、そのショットピーニング対象領域に硬度Ｈｖ７００以上で所定の平均粒子径の第１ショット材を投射する第１ショットピーニング工程を施した後、硬度Ｈｖ７００以上で該第１ショット材よりも平均粒子径が小さな第２ショット材を投射する第２ショットピーニング工程を施す歯車２段ショットピーニング方法であって、前記ワーク保持部は、前記歯車の歯端面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃緩衝部材をもち、該歯車を回転可能に保持し、前記第１ショットピーニング工程と前記第２ショットピーニング工程との両方あるいはいずれか一方は、前記歯車の前記歯端面をマスキング部材でマスキングした状態で施すことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の歯車２段ショットピーニング方法によると、歯車は、ワーク保持部により軸方向の両端側から挟持され回転させた状態でそのショットピーニング対象領域に第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程の順に施し高圧縮残留応力を付与する場合において、歯端面がマスキング部材でマスキングされた状態でショットピーニング対象領域に第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程との両方あるいはいずれか一方が施こされる。
【００１０】
すると、第１ショット材と第２ショット材との両方あるいはいずれか一方が歯端面に直接、投射されることをマスキング部材により阻止でき、かつ投射による衝撃からマスキング部材で保護することができ、ショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角部）が欠損（歯欠け）することなく、ショットピーニング対象領域に高圧縮残留応力を付与することができる。
【００１１】
このため、本発明の歯車２段ショットピーニング方法の場合には、歯車に対し、第１ショットピーニング工程後に焼き戻し処理を施す必要がなく、かつ連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施すことができる。
【００１２】
従って、連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施された歯車は、ショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角部）を欠損させずに、ショットピーニング対象領域の疲労強度を高めることができ、かつ品質を一段と向上し得る。
【００１３】
また、前記従来の２段ショットピーニング方法で必要とされていた、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程との間での歯車に焼き戻し処理を施す必要がないため、これに伴う種々の作業を行わずにすみ、処理コスト面で有利なものとなるとともに、さらに全工程時間を短縮できる。
【００１４】
前記第１ショット材と前記第２ショット材とは、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒子径が異なり、かつ第２ショット材の平均粒子径は第１ショット材の平均粒子径よりも小さいものが用いられる。
【００１５】
この理由としては、浸炭処理済の歯車のショットピーニング対象領域に対し、ショットピーニング工程を施すことによって付与される残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）は、ショット材の硬度Ｈｖによって定まり、また前記残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）が付与される表面からの深さは、ショット材の平均粒子径の大きさによって定まる。
【００１６】
このため、第１ショットピーニング工程では、表面から深い領域に高圧縮残留応力を付与するために硬度Ｈｖ７００以上で大きな平均粒子径の第１ショット材を用い、第２ショットピーニング工程では、表面から浅い領域に高圧縮残留応力を付与するために硬度Ｈｖ７００以上で第１ショット材よりも小さな平均粒子径の第２ショット材を用いる。これによって表面から浅い領域から深い領域にまで広い範囲に高圧縮残留応力を付与することができる。
【００１７】
前記第１ショット材は、前記第１ショットピーニング工程で用いられ、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．６〜１．２ｍｍのものを用いることができる。
【００１８】
前記第２ショット材は、前記第２ショットピーニング工程で用いられ、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．１〜０．５ｍｍのものを用いることができる。
【００１９】
マスキング部材は、歯車の軸方向の両歯端面と歯面との境界角領域（角部分）や、前記両歯端面に直接、投射されることを阻止でき、かつ投射による衝撃から保護することができる外径を備えたものであればよい。
【００２０】
すなわち、マスキング部材は、少なくともその外径が歯車の外径（歯先円）までの歯端面をマスキングできる値のものである。
【００２１】
前記マスキング部材は、前記歯車の歯先円よりも大きい外径をもつものを用いることが好ましい。この場合には、歯車の歯端面をマスキング部材でマスキングした状態をより確実に行うことができる。例えば、歯車の歯端面を半径外方向側の全領域をマスキングする場合、歯車の種類によって異なる寸法公差に対応でき、かつ余裕をもって歯端面の全領域をマスキングし、保護することができる。
【００２２】
また、歯車の歯端面をマスキングする場合、例えば、歯車の両端部の一方の歯端面（下方歯端面）を載置する平坦な載置面を備えたワーク下方保持部（回転載置台）を下方マスキング部材として兼用でき、また歯車の他方の歯端面（上方歯端面）に当接し、押圧して前記ワーク下方保持部とで歯車の両端部を挟持し歯車を回転可能に保持するワーク上方保持部を上方マスキング部材として兼用できる。
【００２３】
前記マスキング部材としては、前記のようにワーク下方保持部（回転載置台）や、ワーク上方保持部を兼用することの他、例えば、歯車の一方の歯端面とワーク下方保持部との間、及び歯車の他方の歯端面とワーク上方保持部との間に介置できる板状のものを用いることができる。この板状のマスキング部材としては、剛性を備えた円板状のものや、リング板状のものや、歯車の歯形に相似する歯形板状のものなどである。なお、歯形板状のマスキング部材は、歯車の歯端面の全領域をマスキングした状態としたとき、半径外方向部分の他、周方向部分が若干、歯端面の外側にはみ出す大きさであることが好ましい。
【００２４】
前記ワーク保持部は、前記歯車の前記歯端面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃緩衝部材をもつものを用いることが好ましい。この場合には、ショットピーニング装置に回転可能に保持すべき歯車に対し、所定のセット位置でワーク保持部を当接させ、押圧する場合、当接時の衝撃を吸収、緩和できるため、歯車の歯端面を損傷することを回避でき、ワーク保持部の往移動速さを低下させずに歯車に素早く当接して挟持し、回転可能に保持できるため、例えば、量産方式の生産ラインにおける工程時間の短縮に寄与できる。
【００２５】
前記衝撃緩衝部材は、コイルスプリングを用いることができる。この場合には、入手（調達）しやすく、良好な衝撃緩衝機能を得ることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る歯車２段ショットピーニング方法の実施例を図１〜図６に基づいて説明する。
【００２７】
実施例の歯車２段ショットピーニング方法は、図１に示すショットピーニング装置１を用い、歯車９を特異な状態に回転可能に保持した状態で順に、第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程を施すものである。
【００２８】
ここで、予め、ショットピーニング装置１について説明する。ショットピーニング装置１は、所定位置にセットされた歯車９とともに軸心線Ｐ１を中心として回転可能なワーク下方保持部２と、ワーク下方保持部２の軸心線Ｐ１と一致する軸心線Ｐ２上でワーク下方保持部２に対向する位置に設けられたワーク上方保持部３と、ワーク下方保持部２とワーク上方保持部３とで両歯端面（下方歯端面９０及び上方歯端面９１）を挟持された歯車９の歯形部９２（図５参照）のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）に対し、第１ショットピーニング工程で第１ショット材４０を投射する第１ショットノズル部４と、第２ショットピーニング工程で第２ショット材５０を投射する第２ショットノズル部５と、それらを囲みショット室Ｓを形成するハウジング６と、よりなる。
【００２９】
ワーク下方保持部２は、軸心線Ｐを中心として３６０°回転可能な回転基部７（図１参照）にその半径外方向Ｒ側で平面側より視認して周方向に沿う等間隔位置に複数、設けられている（図１では代表してひとつを図示する）。また、ワーク下方保持部２は、回転基部７に伴って３６０°回転移動し、かつ１巡する間で予め定められた複数の回転角度位置〔第１ショットピーニング工程位置（第１ショットノズル部４に対向する位置）、第２ショットピーニング工程位置（第２ショットノズル部５に対向する位置）で〕回転基部７とともに所定時間、前記周方向の回転移動を停止することができる。
【００３０】
ワーク下方保持部２は、回転基部７に回転可能に保持されその上下に突出する回転軸２０と、回転軸２０の上方側に連設された回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１と、回転軸２０の下方側に連設され外部から伝達された回転駆動力を受ける従動側歯車２２とをもつ。
【００３１】
第１マスキング部材２１は、歯車９が載置されたとき、歯車９の下方歯端面９０を覆い、かつ下方歯端面９０の外径（歯先円）Ｄ（図２参照）よりも大きい外径Ｄ１の載置面を兼ねるマスキング面２１０をもつ。第１マスキング部材２１は剛性を備えた金属製のものを用いることができる。
【００３２】
従動側歯車２２は、ワーク下方保持部２が回転基部７によって、軸心線Ｐ１をワーク上方保持部３の軸心線Ｐ２に一致する位置に保持されたとき、図略の駆動力伝達用の駆動側歯車に噛み合い、かつ駆動側歯車からの駆動力を受けて従動回転し、回転軸２０、第１マスキング部材２１、歯車９、後記するワーク上方保持部３の第２マスキング部材３２、ホルダ３１、ピストン軸３０１を一体的に回転し得る。
【００３３】
ワーク上方保持部３は、平面側より視認して前記回転基部７の周方向に所定の間隔を隔てた第１ショットピーニング工程位置及び第２ショットピーニング工程位置に複数に配設される。
【００３４】
すなわち、ワーク上方保持部３は、第１ショットピーニング工程位置及び第２ショットピーニング工程位置でワーク下方保持部２の軸心線Ｐ１と一致する軸心線Ｐ２に配設され、シリンダー部３００及びピストン軸３０１よりなるエアシリンダー装置３０と、前記ピストン軸３０１の先端部に連結され断面略凹状（ワーク下方保持部２に対向する側に開口する有底筒状）のホルダ３１と、ホルダ３１内部で軸心線Ｐ２に沿って往復（図１の矢印Ｙ１、Ｙ２参照）移動可能に収容、保持された押さえ部材を兼ねる筒状の第２マスキング部材３２と、ホルダ３１と第２マスキング部材３２との間に介置された衝撃緩衝材として機能するコイルスプリング３３と、よりなる。
【００３５】
エアシリンダー装置３０のピストン軸３０１は、ワーク下方保持部２に接近及び遠ざかる方向に往復移動可能にシリンダー部３００に保持されるとともに、軸心線Ｐ２を中心として回転可能である。
【００３６】
ホルダ３１は、ワーク下方保持部２に対向する側の開口に内周テーパ部３１０（図２参照）が形成されている。この内周テーパ部３１０は、後記する第２マスキング部材３２の外周テーパ部３２０が係止するストッパとして機能する。
【００３７】
第２マスキング部材３２は、筒状の外周部に前記ホルダ３１の内周テーパ部３１０が係止する外周テーパ部３２０が形成されるとともに、ワーク下方保持部２に対向する先端に歯車９に当接したとき、歯車９の上方歯端面９１を覆い、かつ上方歯端面９１の外径（歯先円）Ｄよりも大きい外径Ｄ２のリング状押さえ面を兼ねるマスキング面３２１をもつ。第２マスキング部材３２は、剛性を備えた金属製のものを用いることができる。
【００３８】
コイルスプリング３３は、筒状の第２マスキング部材３２を平面側より視認した周方向に、９０°の等角度で計４個（同じもの）が位置決めされた状態（定位置）に配置されている。コイルスプリング３３は、第２マスキング部材３２に対し、その外周テーパ部３２０（図２参照）がホルダ３１の内周テーパ部３１０に当接し得るように付勢する。コイルスプリング３３は、予め、目的に応じて種々設定された圧縮強さのものを用いることができる。
【００３９】
第１ショットノズル部４及び第２ショットノズル部５は、歯車９がセット位置（ワーク下方保持部２とワーク上方保持部３とで軸心線Ｐ１とＰ２とが一致する位置）にて保持された状態で、軸心線Ｐ１、Ｐ２を中心する回転時に、それぞれ第１ショット材４０、第２ショット材５０を歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）に対し投射する機能をもつ。
【００４０】
なお、第１ショットノズル部４及び第２ショットノズル部５とは、平面側より視認した場合、軸心線Ｐを中心として３６０°回転可能な回転基部７の半径外方向の同心円位置で、周方向に所定の間隔を隔てた位置に順に配置されており、かつ軸心線Ｐを中心として半径外方向に放射状に配置されている。なお、説明上、図１では、第１ショットノズル部４及び第２ショットノズル部５の位置と、それらに対向して軸心線Ｐ１と軸心線Ｐ２を中心とするように保持された歯車９の位置とを重ねて示す。
【００４１】
実施例の歯車２段ショットピーニング方法は、前記のように設定されたショットピーニング装置１を用い、まず歯車９が図２のようにワーク下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１のマスキング面２１０に載置される。
【００４２】
すると、歯車９の下方歯端面９０は、歯車９の歯先面９２１（歯先円）より半径外方向にさらに伸びる領域にまで存在するマスキング面２１０に覆われマスキングされた状態となる。
【００４３】
次いで、前記のように歯車９を載置したワーク下方保持部２は、第１ショットピーニング工程位置（軸心線Ｐ１がワーク上方保持部３の軸心線Ｐ２に一致する位置）にまで回転基部７とともに回転移動させる。この第１ショットピーニング工程位置では、ワーク下方保持部２に載置されている歯車９の上方歯端面９１と、ワーク上方保持部３に保持された第２マスキング部材３２のマスキング面３２１とが所定の間隔Ｌを隔てた対向位置に保持される。また、ワーク下方保持部２の回転軸２０の従動側歯車２２には、駆動力伝達用の駆動側歯車（図示せず。以下同じ）に噛み合い、かつ駆動側歯車からの駆動力を受けて従動回転することができる状態となる。
【００４４】
ここでエアシリンダー装置１（図１参照）を作動し、ピストン軸３０１を往移動（図１、図３の矢印Ｙ１参照）させると、ホルダ３１、第２マスキング部材３２、コイルスプリング３３がピストン軸３０１に連動し、かつ第２マスキング部材３２の先端のリング状押さえ面を兼ねるマスキング面３２１が歯車９の上方歯端面９１に当接する。そして往移動するピストン軸３０１からの付勢力は、前記当接した時点より、ホルダ３１からコイルスプリング３３を介して第２マスキング部材３２に伝達される。
【００４５】
すなわち、ピストン軸３０１に伴って往移動するホルダ３１は、第２マスキング部材３２とともに図２に示す位置から図３に示す位置にまで往移動し、かつ第２マスキング部材３２は、歯車９の上方歯端面９１に当接して往移動を停止する。さらに、この時点よりホルダ３１は、図３に示す位置から図４に示す位置にまで往移動し、内周テーパ部３１０を第２マスキング部材３２の外周テーパ部３２０から離脱し、押圧代ｅ分、コイルスプリング３３をその反力に抗して弾性的に圧縮する。この後、ピストン軸３０１の先端３０２が、歯車９の中央リング部９４に当接した位置でシリンダー装置１による前記往移動が停止され、この状態を保持される。
【００４６】
従って、ピストン軸３０１の往移動による歯車９の上方歯端面９１への第２マスキング部材３２の当接時における衝撃は、コイルスプリング３３が緩衝部材として機能するため、前記従来の押圧部材が直接、歯車９の上方歯端面９１に当接することにより受ける衝撃に比べ、大幅に低減でき、かつ上方歯端面９１に欠損等の影響がでることを回避できる。
【００４７】
このようにして歯車９は、下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１によってマスキングされた下方歯端面９０と、上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング部材３２によってマスキングされた上方歯端面９１とを上下から挟持され、かつ位置ズレを発生させることなく定位置で回転可能に保持される。
【００４８】
そして連続して順に第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程が施される。
【００４９】
第１ショットピーニング工程では、ワーク下方保持部２の回転軸２０によって歯車９を毎分１２回転させるとともに、第１ショットノズル部４から硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．６〜１．２ｍｍの第１ショット材４０を歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）に対し約９０秒間、所定の圧力で投射する。
【００５０】
この第１ショットノズル部４からの第１ショット材４０の投射を終え、駆動側歯車からの回転軸２０の従動側歯車２２への駆動力の伝達を停止させるとともに、エアシリンダー装置１を作動させ、ピストン軸３０１を復移動（図１、図３の矢印Ｙ２参照）させる。すると、上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング部材３２は、図１、図４に示すマスキング状態より前記往移動時と逆の工程を経て歯車９の上方歯端面９１から離脱し、図２に示す位置に復帰する。
【００５１】
そして、歯車９を載置したワーク下方保持部２は、第２ショットピーニング工程位置にまで回転基部７とともにその周方向に回転移動し、軸心線Ｐ１がワーク上方保持部３の軸心線Ｐ２に一致する位置に保持される。
【００５２】
この第２ショットピーニング工程位置では、前記第１ショットピーニング工程位置と同じように、図略の駆動側歯車によりワーク下方保持部２の従動側歯車２２が従動回転できる状態に保持され、かつシリンダー装置１の作動に伴うピストン軸３０１の往移動も前記場合と同じように行われ、歯車９には、ピストン軸３０１、ホルダ３１から矢印Ｙ１方向の付勢力がコイルスプリング３３を介して第２マスキング部材３２に伝達される。このため、歯車９は、複数のショットピーニング工程で所定位置に保持し得るためのエアーシリンダー装置１によるピストン軸３０１の往移動に伴う付勢時の衝撃を回避できる。
【００５３】
また、歯車９は、下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１によってマスキングされた下方歯端面９０と、上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング部材３２によってマスキングされた上方歯端面９１とを上下から挟持され、かつ位置ズレを発生させることなく定位置で回転可能に保持される。この後、歯車９に第２ショットピーニング工程が施される。
【００５４】
第２ショットピーニング工程では、ワーク下方保持部２の回転軸２０によって歯車９を毎分１２回転させるとともに、第２ショットノズル部５から硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．１〜０．５ｍｍの第２ショット材５０を歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）に対し約３０秒間、所定の圧力で投射する。
【００５５】
このように、連続して第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程が施された後の歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）は、高圧縮残留応力を表面より目的とする深さに付与でき、かつ疲労強度を高めることができる。また、第２ショットピーニング工程で用いられる第２ショット材５０は、第１ショットピーニング工程で用いられる第１ショット材４０の平均粒径値が小さいため、ショットピーニング対象領域の表面粗さが小さなものとなる。
【００５６】
実施例の歯車２段ショットピーニング方法によると、歯車９は、下方歯端面９０及び上方歯端面９１を歯車９の外径Ｄより大きな外径Ｄ１及びＤ２をもつ下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１及び上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング部材３２により、それぞれマスキングされた状態でショットピーニング対象領域のみに前記第１及び第２ショットピーニング工程が施されるため、下方歯端面９０及び上方歯端面９１とショットピーニング対象領域との境界角領域（角部）ａに不要な衝撃力が付与されない。
【００５７】
このため、歯車９は、前記第１及び第２ショットピーニング工程を施した場合であっても、境界角領域（角部）ａを欠損することなく、ショットピーニング対象領域にのみに目的とする高圧縮残留応力を付与でき、かつ必要とする疲労強度を得ることができる。
【００５８】
従って、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施す場合、第１ショットピーニング工程後、従来行われていた、歯車９をショットピーニング装置１から取り出す作業及び焼き戻し処理作業を行わずに済み、かつ処理コスト面で有利なものとなる。
【００５９】
さらに、歯車９は、下方歯端面９０及び上方歯端面９１を第１マスキング部材２１と第２マスキング部材３２とで挟持される場合、上方歯端面９１に当接し付勢する場合の衝撃を、衝撃緩衝部材としてのコイルスプリング３３によって、欠損することがない程に緩和することができる。
【００６０】
（比較例）
ここで、実施例における歯車のショットピーニング対象領域に対し、２段ショットピーニング方法（連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程）を施した場合の効果を確認するため、比較例として別々に２種類の１段ショットピーニング方法を施した場合とで、付与できる残留応力の分布状態の違いを図６に示す。
【００６１】
すなわち、２段ショットピーニング方法（連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程）を施す（例えば、第１ショットピーニング工程で第１ショット材４０として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径１．０ｍｍを用い、第２ショットピーニング工程で第２ショット材５０として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．３ｍｍを用いた）場合には、図６の曲線ｂの示すように、残留応力（ＭＰａ）を歯車のショットピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍの深さ領域にまで生成、分布でき、さらに表面に近くに残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）を分布できる。
【００６２】
これに対し、１段ショットピーニング方法を施す（ショット材として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径１．０ｍｍを用い、第１ショットピーニング工程のみを施した）場合には、図６の曲線ｂ１の示すように、残留応力（ＭＰａ）をショットピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍの深さ領域にまで生成できるものの、残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）を生成できる深さ領域が表面から離れたものとなり、必要とする表面近くの浅い領域に必要とする疲労強度が得られない。
【００６３】
また、別の１段ショットピーニング方法を施す（ショット材として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．３ｍｍを用い、第１ショットピーニング工程のみを施した）場合には、図６の曲線ｂ２の示すように、残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）を生成できる深さ領域が表面近くとなり、かつ浅い領域に必要とする疲労強度が得られるものの、残留応力（ＭＰａ）をショットピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍの深さ領域にまで生成させることができず、十分な疲労強度が得られない。
【００６４】
従って、実施例の第１ショットピーニング工程では、硬度Ｈｖ７００以上で大きな平均粒子径の第１ショット材を用いることによって、表面から深い領域に高圧縮残留応力を付与することができ、第２ショットピーニング工程では、硬度Ｈｖ７００以上で小さな平均粒子径の第２ショット材を用いることによって、表面から浅い領域に高圧縮残留応力を付与することができる。
【００６５】
このため、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施すことによって表面から浅い領域から深い領域にまで広い範囲に高圧縮残留応力を付与することができる。
【００６６】
なお、前記第１ショットノズル部４は、例えば、前記周方向に沿って等角度を保って複数個（３個）を配置し、前記第２ショットノズル部５を１個配置することもできる。この場合には、３個の第１ショットノズル部４位置での各第１ショット材の投射時間は、約３０秒間、これに引き続く第２ショットノズル部５位置での第２ショット材の投射時間は、約９０秒間に設定される。
【００６７】
【発明の効果】
（１）本発明の歯車２段ショットピーニング方法によると、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程との両方あるいはいずれか一方は、前記歯車の歯端面をマスキング部材でマスキングした状態で施すことを特徴とする。
【００６８】
このため、本発明の歯車２段ショットピーニング方法は、ワーク保持部により軸方向の両端側から挟持され回転させた状態でそのショットピーニング対象領域に第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程の順に施し高圧縮残留応力を付与する場合において、第１ショット材と第２ショット材との両方あるいはいずれか一方が歯端面に直接、投射されることをマスキング部材により阻止でき、かつ投射による衝撃からマスキング部材で保護することができショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角部）が欠損（歯欠け）しない。
【００６９】
従って、本発明の歯車２段ショットピーニング方法の場合には、歯車に対し、第１ショットピーニング工程後に焼き戻し処理を施す必要がなく、かつ連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施すことができる。
【００７０】
このため、連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施された歯車は、ショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角部）を前記衝撃によって欠損させることがなく、ショットピーニング対象領域に付与された高圧縮残留応力により疲労強度を高めることができ、かつ品質を一段と向上し得る。
【００７１】
また、本発明の歯車２段ショットピーニング方法の場合には、前記従来の２段ショットピーニング方法で必要とされていた、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程との間での歯車に焼き戻し処理を施す必要がないため、これに伴う種々の作業を行わずにすみ、処理コスト面で有利なものとなるとともに、さらに全工程時間を短縮できる。
（２）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法において、前記マスキング部材は、前記歯車の歯先円よりも大きい外径をもつ構成とした場合には、歯車のの歯端面を確実にマスキングすることができる。
（３）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法において、前記ワーク保持部は、前記歯車の前記歯端面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃緩衝部材をもつ構成とした場合には、歯端面がワーク保持部の往移動による当接時の衝撃による欠損などにより変形することを防止できるため、例えば、当接時の衝撃を緩和するために歯車を挟持する際におけるワーク保持部の往移動速度を低く設定する必要がなく、ワーク保持部の往移動速度を高めることができる分、第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程のサイクルタイムを短縮できる。
（４）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法において、前記衝撃緩衝部材は、コイルスプリングを用いた構成とした場合には、入手（調達）しやすく、良好な衝撃緩衝機能を得ることができる。
（５）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法において、前記第１ショット材は、平均粒径０．６〜１．２ｍｍであり、前記第２ショット材は、平均粒径０．１〜０．５ｍｍである構成とした場合には、第１ショット材によりショットピーニング対象領域の表面から〜０．２ｍｍの深い領域に高圧縮残留応力を生成、分布でき、第２ショット材によりショットピーニング対象領域の表面から０．１ｍｍの浅い領域に高圧縮残留応力を生成、分布できる。
【００７２】
従って、第１ショット材と第２ショット材との２種類により付与される高圧縮残留応力は、ショットピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍに至るでの深さ領域にまで分布でき、さらに表面近くから０．１ｍｍの幅広い領域にまで残留応力の最大値（ピーク）を分布できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の歯車２段ショットピーニング方法を施す場合に用いるショットピーニング装置の概略を示す部分断面図。
【図２】図１のショットピーニング装置におけるワーク下方保持部に歯車を載置した状態とし、ワーク下方保持部をその軸心線がワーク上方保持部の軸心線に一致する位置で、ワーク上方保持部に保持された第２マスキング部材のマスキング面と、歯車の上方歯端面とが所定の間隔を隔てた対向位置に保持された状態を拡大して示す部分断面図。
【図３】図２におけるワーク下方保持部に載置された歯車に対し、その上方歯端面にワーク上方保持部に保持された第２マスキング部材のマスキング面を当接させた状態を拡大して示す部分断面図。
【図４】図３における歯車に対し、その上方歯端面に衝撃緩衝部材（コイルスプリング）、第２マスキング部材を介して付勢するとともに、歯車の下方歯端面及び上方歯端面とをマスキング及び挟持し、歯車を回転しながら、第１ショットピーニング工程あるいは第２ショットピーニング工程を施す状態を拡大して示す部分断面図。
【図５】実施例の歯車２段ショットピーニング方法を施す場合に用いられる歯車の一部の歯を示す部分斜視図。
【図６】歯車の歯面に対し、それぞれ１段ショットピーニング方法（硬度Ｈｖ７００以上で、平均粒径が１．０ｍｍのショット材、０．３ｍｍのショット材を用い、その他同じ条件でそれぞれ１段ショットピーニング工程のみ）を施した２つの場合と、２段ショットピーニング方法（前記１．０ｍｍのショット材を用いた第１ショットピーニング工程と、これに引続き、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．３ｍｍのショット材を用いた第２ショットピーニング工程と）を施した場合とにおける表面からの距離（深さ）ｍｍと残留応力（ＭＰａ）の分布との関係を示す比較図。
【符号の説明】
１…ショットピーニング装置
２…ワーク下方保持部 ２０…回転軸
２１…回転載置台を兼ねる第１マスキング部材
３…ワーク下方保持部第 ３０…エアーシリンダ装置 ３１…ホルダ
３２…押さえ部材を兼ねる筒状の第２マスキング部材
３３…コイルスプリング
４…第１ショットノズル部 ５…第２ショットノズル部
９…歯車 ９０…上方歯端面 ９１…下方歯端面 ９２０…歯面
ａ…境界角領域（角部分）
【産業上の利用分野】
本発明は、歯車２段ショットピーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歯車に対しその使用時に応力集中を受ける領域の疲労強度を高めるため
の手段として例えば、歯車をショットピーニング装置に回転可能にセットするとともに、歯車を回転しつつそのショットピーニング対象領域にショット材を投射するショットピーニング法を施し残留応力を付与する方法が知られている。
【０００３】
ここで、前記疲労強度をさらに高めるための手段として、高硬度で平均粒径が大小異なるショット材を２段階に投射する、いわゆる２段ショットピーニング方法を用いた場合、〔例えば、歯車のショットピーニング対象領域に高硬度（Ｈｖ７００以上）で所定の平均粒子径の第１ショット材を投射する第１ショットピーニング工程を施した後、引続き、高硬度（Ｈｖ７００以上）で第１ショットピーニング工程の第１ショット材よりも平均粒径が小さい第２ショット材を投射する第２ショットピーニング工程を施す場合〕、高圧縮残留応力を付与できるものの、歯車９（援用して示す実施例の図５参照）の歯端面（歯形部の軸方向の両端面）９０、９１と歯面９２０との境界角領域（角部分）ａが欠損する可能性がある。
【０００４】
そこで、前記第１ショットピーニング工程後、歯車に１００°Ｃ〜２００°Ｃの焼き戻し処理を施して耐衝撃性を高めた状態としてから、第２ショットピーニング工程を施すことで前記境界角領域ａが欠損することを回避することができ、かつ前記歯車のショットピーニング対象領域のみに高圧縮残留応力を付与できるようにした２段ショットピーニング方法が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の２段ショットピーニング方法によると、第１ショットピーニング工程後、焼き戻し処理を必要とするため、連続して第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程を施すことができない。
【０００６】
このため、第１ショットピーニング工程後の歯車をショットピーニング装置から取り出す作業、焼き戻し処理（焼き戻し炉での加熱及び冷却）作業及び、この後、歯車をショットピーニング装置に再度セットする必要があることなど、余分な工数を必要とし、また処理コスト面で不利となり改良の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを連続して歯車のショットピーニング対象領域（少なくとも歯面）に施して高圧縮残留応力を付与することができ、かつこの場合、歯車の歯端面と歯面との境界角領域（角部分）を欠損させずにすみ、前記両工程の間で歯車に焼き戻し処理を施すことなく、処理コスト面で有利な２段ショットピーニング方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の歯車２段ショットピーニング方法は、回転可能なワーク保持部により軸方向の両端側から挟持された歯車を回転しつつ、そのショットピーニング対象領域に硬度Ｈｖ７００以上で所定の平均粒子径の第１ショット材を投射する第１ショットピーニング工程を施した後、硬度Ｈｖ７００以上で該第１ショット材よりも平均粒子径が小さな第２ショット材を投射する第２ショットピーニング工程を施す歯車２段ショットピーニング方法であって、前記ワーク保持部は、前記歯車の歯端面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃緩衝部材をもち、該歯車を回転可能に保持し、前記第１ショットピーニング工程と前記第２ショットピーニング工程との両方あるいはいずれか一方は、前記歯車の前記歯端面をマスキング部材でマスキングした状態で施すことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の歯車２段ショットピーニング方法によると、歯車は、ワーク保持部により軸方向の両端側から挟持され回転させた状態でそのショットピーニング対象領域に第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程の順に施し高圧縮残留応力を付与する場合において、歯端面がマスキング部材でマスキングされた状態でショットピーニング対象領域に第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程との両方あるいはいずれか一方が施こされる。
【００１０】
すると、第１ショット材と第２ショット材との両方あるいはいずれか一方が歯端面に直接、投射されることをマスキング部材により阻止でき、かつ投射による衝撃からマスキング部材で保護することができ、ショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角部）が欠損（歯欠け）することなく、ショットピーニング対象領域に高圧縮残留応力を付与することができる。
【００１１】
このため、本発明の歯車２段ショットピーニング方法の場合には、歯車に対し、第１ショットピーニング工程後に焼き戻し処理を施す必要がなく、かつ連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施すことができる。
【００１２】
従って、連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施された歯車は、ショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角部）を欠損させずに、ショットピーニング対象領域の疲労強度を高めることができ、かつ品質を一段と向上し得る。
【００１３】
また、前記従来の２段ショットピーニング方法で必要とされていた、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程との間での歯車に焼き戻し処理を施す必要がないため、これに伴う種々の作業を行わずにすみ、処理コスト面で有利なものとなるとともに、さらに全工程時間を短縮できる。
【００１４】
前記第１ショット材と前記第２ショット材とは、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒子径が異なり、かつ第２ショット材の平均粒子径は第１ショット材の平均粒子径よりも小さいものが用いられる。
【００１５】
この理由としては、浸炭処理済の歯車のショットピーニング対象領域に対し、ショットピーニング工程を施すことによって付与される残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）は、ショット材の硬度Ｈｖによって定まり、また前記残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）が付与される表面からの深さは、ショット材の平均粒子径の大きさによって定まる。
【００１６】
このため、第１ショットピーニング工程では、表面から深い領域に高圧縮残留応力を付与するために硬度Ｈｖ７００以上で大きな平均粒子径の第１ショット材を用い、第２ショットピーニング工程では、表面から浅い領域に高圧縮残留応力を付与するために硬度Ｈｖ７００以上で第１ショット材よりも小さな平均粒子径の第２ショット材を用いる。これによって表面から浅い領域から深い領域にまで広い範囲に高圧縮残留応力を付与することができる。
【００１７】
前記第１ショット材は、前記第１ショットピーニング工程で用いられ、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．６〜１．２ｍｍのものを用いることができる。
【００１８】
前記第２ショット材は、前記第２ショットピーニング工程で用いられ、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．１〜０．５ｍｍのものを用いることができる。
【００１９】
マスキング部材は、歯車の軸方向の両歯端面と歯面との境界角領域（角部分）や、前記両歯端面に直接、投射されることを阻止でき、かつ投射による衝撃から保護することができる外径を備えたものであればよい。
【００２０】
すなわち、マスキング部材は、少なくともその外径が歯車の外径（歯先円）までの歯端面をマスキングできる値のものである。
【００２１】
前記マスキング部材は、前記歯車の歯先円よりも大きい外径をもつものを用いることが好ましい。この場合には、歯車の歯端面をマスキング部材でマスキングした状態をより確実に行うことができる。例えば、歯車の歯端面を半径外方向側の全領域をマスキングする場合、歯車の種類によって異なる寸法公差に対応でき、かつ余裕をもって歯端面の全領域をマスキングし、保護することができる。
【００２２】
また、歯車の歯端面をマスキングする場合、例えば、歯車の両端部の一方の歯端面（下方歯端面）を載置する平坦な載置面を備えたワーク下方保持部（回転載置台）を下方マスキング部材として兼用でき、また歯車の他方の歯端面（上方歯端面）に当接し、押圧して前記ワーク下方保持部とで歯車の両端部を挟持し歯車を回転可能に保持するワーク上方保持部を上方マスキング部材として兼用できる。
【００２３】
前記マスキング部材としては、前記のようにワーク下方保持部（回転載置台）や、ワーク上方保持部を兼用することの他、例えば、歯車の一方の歯端面とワーク下方保持部との間、及び歯車の他方の歯端面とワーク上方保持部との間に介置できる板状のものを用いることができる。この板状のマスキング部材としては、剛性を備えた円板状のものや、リング板状のものや、歯車の歯形に相似する歯形板状のものなどである。なお、歯形板状のマスキング部材は、歯車の歯端面の全領域をマスキングした状態としたとき、半径外方向部分の他、周方向部分が若干、歯端面の外側にはみ出す大きさであることが好ましい。
【００２４】
前記ワーク保持部は、前記歯車の前記歯端面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃緩衝部材をもつものを用いることが好ましい。この場合には、ショットピーニング装置に回転可能に保持すべき歯車に対し、所定のセット位置でワーク保持部を当接させ、押圧する場合、当接時の衝撃を吸収、緩和できるため、歯車の歯端面を損傷することを回避でき、ワーク保持部の往移動速さを低下させずに歯車に素早く当接して挟持し、回転可能に保持できるため、例えば、量産方式の生産ラインにおける工程時間の短縮に寄与できる。
【００２５】
前記衝撃緩衝部材は、コイルスプリングを用いることができる。この場合には、入手（調達）しやすく、良好な衝撃緩衝機能を得ることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る歯車２段ショットピーニング方法の実施例を図１〜図６に基づいて説明する。
【００２７】
実施例の歯車２段ショットピーニング方法は、図１に示すショットピーニング装置１を用い、歯車９を特異な状態に回転可能に保持した状態で順に、第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程を施すものである。
【００２８】
ここで、予め、ショットピーニング装置１について説明する。ショットピーニング装置１は、所定位置にセットされた歯車９とともに軸心線Ｐ１を中心として回転可能なワーク下方保持部２と、ワーク下方保持部２の軸心線Ｐ１と一致する軸心線Ｐ２上でワーク下方保持部２に対向する位置に設けられたワーク上方保持部３と、ワーク下方保持部２とワーク上方保持部３とで両歯端面（下方歯端面９０及び上方歯端面９１）を挟持された歯車９の歯形部９２（図５参照）のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）に対し、第１ショットピーニング工程で第１ショット材４０を投射する第１ショットノズル部４と、第２ショットピーニング工程で第２ショット材５０を投射する第２ショットノズル部５と、それらを囲みショット室Ｓを形成するハウジング６と、よりなる。
【００２９】
ワーク下方保持部２は、軸心線Ｐを中心として３６０°回転可能な回転基部７（図１参照）にその半径外方向Ｒ側で平面側より視認して周方向に沿う等間隔位置に複数、設けられている（図１では代表してひとつを図示する）。また、ワーク下方保持部２は、回転基部７に伴って３６０°回転移動し、かつ１巡する間で予め定められた複数の回転角度位置〔第１ショットピーニング工程位置（第１ショットノズル部４に対向する位置）、第２ショットピーニング工程位置（第２ショットノズル部５に対向する位置）で〕回転基部７とともに所定時間、前記周方向の回転移動を停止することができる。
【００３０】
ワーク下方保持部２は、回転基部７に回転可能に保持されその上下に突出する回転軸２０と、回転軸２０の上方側に連設された回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１と、回転軸２０の下方側に連設され外部から伝達された回転駆動力を受ける従動側歯車２２とをもつ。
【００３１】
第１マスキング部材２１は、歯車９が載置されたとき、歯車９の下方歯端面９０を覆い、かつ下方歯端面９０の外径（歯先円）Ｄ（図２参照）よりも大きい外径Ｄ１の載置面を兼ねるマスキング面２１０をもつ。第１マスキング部材２１は剛性を備えた金属製のものを用いることができる。
【００３２】
従動側歯車２２は、ワーク下方保持部２が回転基部７によって、軸心線Ｐ１をワーク上方保持部３の軸心線Ｐ２に一致する位置に保持されたとき、図略の駆動力伝達用の駆動側歯車に噛み合い、かつ駆動側歯車からの駆動力を受けて従動回転し、回転軸２０、第１マスキング部材２１、歯車９、後記するワーク上方保持部３の第２マスキング部材３２、ホルダ３１、ピストン軸３０１を一体的に回転し得る。
【００３３】
ワーク上方保持部３は、平面側より視認して前記回転基部７の周方向に所定の間隔を隔てた第１ショットピーニング工程位置及び第２ショットピーニング工程位置に複数に配設される。
【００３４】
すなわち、ワーク上方保持部３は、第１ショットピーニング工程位置及び第２ショットピーニング工程位置でワーク下方保持部２の軸心線Ｐ１と一致する軸心線Ｐ２に配設され、シリンダー部３００及びピストン軸３０１よりなるエアシリンダー装置３０と、前記ピストン軸３０１の先端部に連結され断面略凹状（ワーク下方保持部２に対向する側に開口する有底筒状）のホルダ３１と、ホルダ３１内部で軸心線Ｐ２に沿って往復（図１の矢印Ｙ１、Ｙ２参照）移動可能に収容、保持された押さえ部材を兼ねる筒状の第２マスキング部材３２と、ホルダ３１と第２マスキング部材３２との間に介置された衝撃緩衝材として機能するコイルスプリング３３と、よりなる。
【００３５】
エアシリンダー装置３０のピストン軸３０１は、ワーク下方保持部２に接近及び遠ざかる方向に往復移動可能にシリンダー部３００に保持されるとともに、軸心線Ｐ２を中心として回転可能である。
【００３６】
ホルダ３１は、ワーク下方保持部２に対向する側の開口に内周テーパ部３１０（図２参照）が形成されている。この内周テーパ部３１０は、後記する第２マスキング部材３２の外周テーパ部３２０が係止するストッパとして機能する。
【００３７】
第２マスキング部材３２は、筒状の外周部に前記ホルダ３１の内周テーパ部３１０が係止する外周テーパ部３２０が形成されるとともに、ワーク下方保持部２に対向する先端に歯車９に当接したとき、歯車９の上方歯端面９１を覆い、かつ上方歯端面９１の外径（歯先円）Ｄよりも大きい外径Ｄ２のリング状押さえ面を兼ねるマスキング面３２１をもつ。第２マスキング部材３２は、剛性を備えた金属製のものを用いることができる。
【００３８】
コイルスプリング３３は、筒状の第２マスキング部材３２を平面側より視認した周方向に、９０°の等角度で計４個（同じもの）が位置決めされた状態（定位置）に配置されている。コイルスプリング３３は、第２マスキング部材３２に対し、その外周テーパ部３２０（図２参照）がホルダ３１の内周テーパ部３１０に当接し得るように付勢する。コイルスプリング３３は、予め、目的に応じて種々設定された圧縮強さのものを用いることができる。
【００３９】
第１ショットノズル部４及び第２ショットノズル部５は、歯車９がセット位置（ワーク下方保持部２とワーク上方保持部３とで軸心線Ｐ１とＰ２とが一致する位置）にて保持された状態で、軸心線Ｐ１、Ｐ２を中心する回転時に、それぞれ第１ショット材４０、第２ショット材５０を歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）に対し投射する機能をもつ。
【００４０】
なお、第１ショットノズル部４及び第２ショットノズル部５とは、平面側より視認した場合、軸心線Ｐを中心として３６０°回転可能な回転基部７の半径外方向の同心円位置で、周方向に所定の間隔を隔てた位置に順に配置されており、かつ軸心線Ｐを中心として半径外方向に放射状に配置されている。なお、説明上、図１では、第１ショットノズル部４及び第２ショットノズル部５の位置と、それらに対向して軸心線Ｐ１と軸心線Ｐ２を中心とするように保持された歯車９の位置とを重ねて示す。
【００４１】
実施例の歯車２段ショットピーニング方法は、前記のように設定されたショットピーニング装置１を用い、まず歯車９が図２のようにワーク下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１のマスキング面２１０に載置される。
【００４２】
すると、歯車９の下方歯端面９０は、歯車９の歯先面９２１（歯先円）より半径外方向にさらに伸びる領域にまで存在するマスキング面２１０に覆われマスキングされた状態となる。
【００４３】
次いで、前記のように歯車９を載置したワーク下方保持部２は、第１ショットピーニング工程位置（軸心線Ｐ１がワーク上方保持部３の軸心線Ｐ２に一致する位置）にまで回転基部７とともに回転移動させる。この第１ショットピーニング工程位置では、ワーク下方保持部２に載置されている歯車９の上方歯端面９１と、ワーク上方保持部３に保持された第２マスキング部材３２のマスキング面３２１とが所定の間隔Ｌを隔てた対向位置に保持される。また、ワーク下方保持部２の回転軸２０の従動側歯車２２には、駆動力伝達用の駆動側歯車（図示せず。以下同じ）に噛み合い、かつ駆動側歯車からの駆動力を受けて従動回転することができる状態となる。
【００４４】
ここでエアシリンダー装置１（図１参照）を作動し、ピストン軸３０１を往移動（図１、図３の矢印Ｙ１参照）させると、ホルダ３１、第２マスキング部材３２、コイルスプリング３３がピストン軸３０１に連動し、かつ第２マスキング部材３２の先端のリング状押さえ面を兼ねるマスキング面３２１が歯車９の上方歯端面９１に当接する。そして往移動するピストン軸３０１からの付勢力は、前記当接した時点より、ホルダ３１からコイルスプリング３３を介して第２マスキング部材３２に伝達される。
【００４５】
すなわち、ピストン軸３０１に伴って往移動するホルダ３１は、第２マスキング部材３２とともに図２に示す位置から図３に示す位置にまで往移動し、かつ第２マスキング部材３２は、歯車９の上方歯端面９１に当接して往移動を停止する。さらに、この時点よりホルダ３１は、図３に示す位置から図４に示す位置にまで往移動し、内周テーパ部３１０を第２マスキング部材３２の外周テーパ部３２０から離脱し、押圧代ｅ分、コイルスプリング３３をその反力に抗して弾性的に圧縮する。この後、ピストン軸３０１の先端３０２が、歯車９の中央リング部９４に当接した位置でシリンダー装置１による前記往移動が停止され、この状態を保持される。
【００４６】
従って、ピストン軸３０１の往移動による歯車９の上方歯端面９１への第２マスキング部材３２の当接時における衝撃は、コイルスプリング３３が緩衝部材として機能するため、前記従来の押圧部材が直接、歯車９の上方歯端面９１に当接することにより受ける衝撃に比べ、大幅に低減でき、かつ上方歯端面９１に欠損等の影響がでることを回避できる。
【００４７】
このようにして歯車９は、下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１によってマスキングされた下方歯端面９０と、上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング部材３２によってマスキングされた上方歯端面９１とを上下から挟持され、かつ位置ズレを発生させることなく定位置で回転可能に保持される。
【００４８】
そして連続して順に第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程が施される。
【００４９】
第１ショットピーニング工程では、ワーク下方保持部２の回転軸２０によって歯車９を毎分１２回転させるとともに、第１ショットノズル部４から硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．６〜１．２ｍｍの第１ショット材４０を歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）に対し約９０秒間、所定の圧力で投射する。
【００５０】
この第１ショットノズル部４からの第１ショット材４０の投射を終え、駆動側歯車からの回転軸２０の従動側歯車２２への駆動力の伝達を停止させるとともに、エアシリンダー装置１を作動させ、ピストン軸３０１を復移動（図１、図３の矢印Ｙ２参照）させる。すると、上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング部材３２は、図１、図４に示すマスキング状態より前記往移動時と逆の工程を経て歯車９の上方歯端面９１から離脱し、図２に示す位置に復帰する。
【００５１】
そして、歯車９を載置したワーク下方保持部２は、第２ショットピーニング工程位置にまで回転基部７とともにその周方向に回転移動し、軸心線Ｐ１がワーク上方保持部３の軸心線Ｐ２に一致する位置に保持される。
【００５２】
この第２ショットピーニング工程位置では、前記第１ショットピーニング工程位置と同じように、図略の駆動側歯車によりワーク下方保持部２の従動側歯車２２が従動回転できる状態に保持され、かつシリンダー装置１の作動に伴うピストン軸３０１の往移動も前記場合と同じように行われ、歯車９には、ピストン軸３０１、ホルダ３１から矢印Ｙ１方向の付勢力がコイルスプリング３３を介して第２マスキング部材３２に伝達される。このため、歯車９は、複数のショットピーニング工程で所定位置に保持し得るためのエアーシリンダー装置１によるピストン軸３０１の往移動に伴う付勢時の衝撃を回避できる。
【００５３】
また、歯車９は、下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１によってマスキングされた下方歯端面９０と、上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング部材３２によってマスキングされた上方歯端面９１とを上下から挟持され、かつ位置ズレを発生させることなく定位置で回転可能に保持される。この後、歯車９に第２ショットピーニング工程が施される。
【００５４】
第２ショットピーニング工程では、ワーク下方保持部２の回転軸２０によって歯車９を毎分１２回転させるとともに、第２ショットノズル部５から硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．１〜０．５ｍｍの第２ショット材５０を歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）に対し約３０秒間、所定の圧力で投射する。
【００５５】
このように、連続して第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程が施された後の歯車９のショットピーニング対象領域（歯面９２０、歯先面９２１、歯元の面９２２、歯底面９２３）は、高圧縮残留応力を表面より目的とする深さに付与でき、かつ疲労強度を高めることができる。また、第２ショットピーニング工程で用いられる第２ショット材５０は、第１ショットピーニング工程で用いられる第１ショット材４０の平均粒径値が小さいため、ショットピーニング対象領域の表面粗さが小さなものとなる。
【００５６】
実施例の歯車２段ショットピーニング方法によると、歯車９は、下方歯端面９０及び上方歯端面９１を歯車９の外径Ｄより大きな外径Ｄ１及びＤ２をもつ下方保持部２の回転載置台を兼ねる第１マスキング部材２１及び上方保持部３の押圧部材を兼ねる第２マスキング部材３２により、それぞれマスキングされた状態でショットピーニング対象領域のみに前記第１及び第２ショットピーニング工程が施されるため、下方歯端面９０及び上方歯端面９１とショットピーニング対象領域との境界角領域（角部）ａに不要な衝撃力が付与されない。
【００５７】
このため、歯車９は、前記第１及び第２ショットピーニング工程を施した場合であっても、境界角領域（角部）ａを欠損することなく、ショットピーニング対象領域にのみに目的とする高圧縮残留応力を付与でき、かつ必要とする疲労強度を得ることができる。
【００５８】
従って、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施す場合、第１ショットピーニング工程後、従来行われていた、歯車９をショットピーニング装置１から取り出す作業及び焼き戻し処理作業を行わずに済み、かつ処理コスト面で有利なものとなる。
【００５９】
さらに、歯車９は、下方歯端面９０及び上方歯端面９１を第１マスキング部材２１と第２マスキング部材３２とで挟持される場合、上方歯端面９１に当接し付勢する場合の衝撃を、衝撃緩衝部材としてのコイルスプリング３３によって、欠損することがない程に緩和することができる。
【００６０】
（比較例）
ここで、実施例における歯車のショットピーニング対象領域に対し、２段ショットピーニング方法（連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程）を施した場合の効果を確認するため、比較例として別々に２種類の１段ショットピーニング方法を施した場合とで、付与できる残留応力の分布状態の違いを図６に示す。
【００６１】
すなわち、２段ショットピーニング方法（連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程）を施す（例えば、第１ショットピーニング工程で第１ショット材４０として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径１．０ｍｍを用い、第２ショットピーニング工程で第２ショット材５０として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．３ｍｍを用いた）場合には、図６の曲線ｂの示すように、残留応力（ＭＰａ）を歯車のショットピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍの深さ領域にまで生成、分布でき、さらに表面に近くに残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）を分布できる。
【００６２】
これに対し、１段ショットピーニング方法を施す（ショット材として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径１．０ｍｍを用い、第１ショットピーニング工程のみを施した）場合には、図６の曲線ｂ１の示すように、残留応力（ＭＰａ）をショットピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍの深さ領域にまで生成できるものの、残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）を生成できる深さ領域が表面から離れたものとなり、必要とする表面近くの浅い領域に必要とする疲労強度が得られない。
【００６３】
また、別の１段ショットピーニング方法を施す（ショット材として硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．３ｍｍを用い、第１ショットピーニング工程のみを施した）場合には、図６の曲線ｂ２の示すように、残留応力（ＭＰａ）の最大値（ピーク）を生成できる深さ領域が表面近くとなり、かつ浅い領域に必要とする疲労強度が得られるものの、残留応力（ＭＰａ）をショットピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍの深さ領域にまで生成させることができず、十分な疲労強度が得られない。
【００６４】
従って、実施例の第１ショットピーニング工程では、硬度Ｈｖ７００以上で大きな平均粒子径の第１ショット材を用いることによって、表面から深い領域に高圧縮残留応力を付与することができ、第２ショットピーニング工程では、硬度Ｈｖ７００以上で小さな平均粒子径の第２ショット材を用いることによって、表面から浅い領域に高圧縮残留応力を付与することができる。
【００６５】
このため、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施すことによって表面から浅い領域から深い領域にまで広い範囲に高圧縮残留応力を付与することができる。
【００６６】
なお、前記第１ショットノズル部４は、例えば、前記周方向に沿って等角度を保って複数個（３個）を配置し、前記第２ショットノズル部５を１個配置することもできる。この場合には、３個の第１ショットノズル部４位置での各第１ショット材の投射時間は、約３０秒間、これに引き続く第２ショットノズル部５位置での第２ショット材の投射時間は、約９０秒間に設定される。
【００６７】
【発明の効果】
（１）本発明の歯車２段ショットピーニング方法によると、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程との両方あるいはいずれか一方は、前記歯車の歯端面をマスキング部材でマスキングした状態で施すことを特徴とする。
【００６８】
このため、本発明の歯車２段ショットピーニング方法は、ワーク保持部により軸方向の両端側から挟持され回転させた状態でそのショットピーニング対象領域に第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程の順に施し高圧縮残留応力を付与する場合において、第１ショット材と第２ショット材との両方あるいはいずれか一方が歯端面に直接、投射されることをマスキング部材により阻止でき、かつ投射による衝撃からマスキング部材で保護することができショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角部）が欠損（歯欠け）しない。
【００６９】
従って、本発明の歯車２段ショットピーニング方法の場合には、歯車に対し、第１ショットピーニング工程後に焼き戻し処理を施す必要がなく、かつ連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施すことができる。
【００７０】
このため、連続して第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程とを施された歯車は、ショットピーニング対象領域と歯端面との境界角領域（角部）を前記衝撃によって欠損させることがなく、ショットピーニング対象領域に付与された高圧縮残留応力により疲労強度を高めることができ、かつ品質を一段と向上し得る。
【００７１】
また、本発明の歯車２段ショットピーニング方法の場合には、前記従来の２段ショットピーニング方法で必要とされていた、第１ショットピーニング工程と第２ショットピーニング工程との間での歯車に焼き戻し処理を施す必要がないため、これに伴う種々の作業を行わずにすみ、処理コスト面で有利なものとなるとともに、さらに全工程時間を短縮できる。
（２）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法において、前記マスキング部材は、前記歯車の歯先円よりも大きい外径をもつ構成とした場合には、歯車のの歯端面を確実にマスキングすることができる。
（３）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法において、前記ワーク保持部は、前記歯車の前記歯端面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃緩衝部材をもつ構成とした場合には、歯端面がワーク保持部の往移動による当接時の衝撃による欠損などにより変形することを防止できるため、例えば、当接時の衝撃を緩和するために歯車を挟持する際におけるワーク保持部の往移動速度を低く設定する必要がなく、ワーク保持部の往移動速度を高めることができる分、第１ショットピーニング工程、第２ショットピーニング工程のサイクルタイムを短縮できる。
（４）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法において、前記衝撃緩衝部材は、コイルスプリングを用いた構成とした場合には、入手（調達）しやすく、良好な衝撃緩衝機能を得ることができる。
（５）前記本発明の歯車２段ショットピーニング方法において、前記第１ショット材は、平均粒径０．６〜１．２ｍｍであり、前記第２ショット材は、平均粒径０．１〜０．５ｍｍである構成とした場合には、第１ショット材によりショットピーニング対象領域の表面から〜０．２ｍｍの深い領域に高圧縮残留応力を生成、分布でき、第２ショット材によりショットピーニング対象領域の表面から０．１ｍｍの浅い領域に高圧縮残留応力を生成、分布できる。
【００７２】
従って、第１ショット材と第２ショット材との２種類により付与される高圧縮残留応力は、ショットピーニング対象領域の表面から０．２ｍｍに至るでの深さ領域にまで分布でき、さらに表面近くから０．１ｍｍの幅広い領域にまで残留応力の最大値（ピーク）を分布できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の歯車２段ショットピーニング方法を施す場合に用いるショットピーニング装置の概略を示す部分断面図。
【図２】図１のショットピーニング装置におけるワーク下方保持部に歯車を載置した状態とし、ワーク下方保持部をその軸心線がワーク上方保持部の軸心線に一致する位置で、ワーク上方保持部に保持された第２マスキング部材のマスキング面と、歯車の上方歯端面とが所定の間隔を隔てた対向位置に保持された状態を拡大して示す部分断面図。
【図３】図２におけるワーク下方保持部に載置された歯車に対し、その上方歯端面にワーク上方保持部に保持された第２マスキング部材のマスキング面を当接させた状態を拡大して示す部分断面図。
【図４】図３における歯車に対し、その上方歯端面に衝撃緩衝部材（コイルスプリング）、第２マスキング部材を介して付勢するとともに、歯車の下方歯端面及び上方歯端面とをマスキング及び挟持し、歯車を回転しながら、第１ショットピーニング工程あるいは第２ショットピーニング工程を施す状態を拡大して示す部分断面図。
【図５】実施例の歯車２段ショットピーニング方法を施す場合に用いられる歯車の一部の歯を示す部分斜視図。
【図６】歯車の歯面に対し、それぞれ１段ショットピーニング方法（硬度Ｈｖ７００以上で、平均粒径が１．０ｍｍのショット材、０．３ｍｍのショット材を用い、その他同じ条件でそれぞれ１段ショットピーニング工程のみ）を施した２つの場合と、２段ショットピーニング方法（前記１．０ｍｍのショット材を用いた第１ショットピーニング工程と、これに引続き、硬度Ｈｖ７００以上で平均粒径０．３ｍｍのショット材を用いた第２ショットピーニング工程と）を施した場合とにおける表面からの距離（深さ）ｍｍと残留応力（ＭＰａ）の分布との関係を示す比較図。
【符号の説明】
１…ショットピーニング装置
２…ワーク下方保持部 ２０…回転軸
２１…回転載置台を兼ねる第１マスキング部材
３…ワーク下方保持部第 ３０…エアーシリンダ装置 ３１…ホルダ
３２…押さえ部材を兼ねる筒状の第２マスキング部材
３３…コイルスプリング
４…第１ショットノズル部 ５…第２ショットノズル部
９…歯車 ９０…上方歯端面 ９１…下方歯端面 ９２０…歯面
ａ…境界角領域（角部分）
Claims (4)
- 回転可能なワーク保持部により軸方向の両端側から挟持された歯車を回転しつつ、そのショットピーニング対象領域に硬度Ｈｖ７００以上で所定の平均粒子径の第１ショット材を投射する第１ショットピーニング工程を施した後、硬度Ｈｖ７００以上で該第１ショット材よりも平均粒子径が小さな第２ショット材を投射する第２ショットピーニング工程を施す歯車２段ショットピーニング方法であって、
前記ワーク保持部は、前記歯車の歯端面との当接時の衝撃を吸収、緩和する機能を備えた衝撃緩衝部材をもち、該歯車を回転可能に保持し、
前記第１ショットピーニング工程と前記第２ショットピーニング工程との両方あるいはいずれか一方は、前記歯車の前記歯端面をマスキング部材でマスキングした状態で施すことを特徴とする歯車２段ショットピーニング方法。 - 前記マスキング部材は、前記歯車の歯先円よりも大きい外径をもつ請求項１記載の歯車２段ショットピーニング方法。
- 前記衝撃緩衝部材は、コイルスプリングである請求項１及び２記載の歯車２段ショットピーニング方法。
- 前記第１ショット材は、平均粒径０．６〜１．２ｍｍであり、
前記第２ショット材は、平均粒径０．１〜０．５ｍｍである請求項１〜３記載の歯車２段ショットピーニング方法。
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